农田重金属污染现状

农田重金属污染现状及修复技术综述

[摘要]

重金属污染因具有毒性、易通过食物链在植物，动物和人体内累积，对生态环境和人体健康构成严重威胁。随着工业快速发展、农药及化肥的广泛使用，农田土壤重金属污染越来越严重，研究农田土壤重金属污染现状及修复技术对农产品安全具有重要意义。综合国内外农田土壤重金属污染状况，农田土壤重金属污染主要来源于固体废弃物堆放及处置、工业废物大气沉降、污水农灌和农用物质的不合理施用。该文综述了国内外有关农田重金属污染土壤修复技术（物理修复、化学修复、生物修复、农业生态和联合修复）的研究进展，并针对各种修复方法，阐述了其原理、修复条件、应用实例及其优缺点

【关键词】农田土壤；重金属；污染；修复技术

1、重金属污染概述

随着矿产资源的大量开发利用，工业生产的迅猛发展和各种化学产品、农药及化肥的广泛使用，含重金属的污染物通过各种途径进入环境，造成土壤，尤其是农田土壤重金属污染日益严重。目前，世界各国土壤存在不同程度的污染，全世界平均每年排放Hg约1.5×104t、Cu约340万t、Pb约500万t、Mn约1500万t、Ni约100万t[1]。在欧洲，受重金属污染的农田有数百万公顷[2]；在日本受Cd、Cu、As等污染的农田面积为7224 hm2[3]。当前我国受Cd、Hg、As、Cr、Pb污染的耕地面积约2000×104 hm2，每年因重金属污染而损失的粮食约1000×104t，受污染粮食多达1200×104t，经济损失至少达200×108元[4]。

重金属污染物不能被化学或生物降解、易通过食物链途径在植物，动物和人体内积累、毒性大，对生态环境、食品安全和人体健康构成严重威胁[5]。因此，农田土壤重金属污染己成为当前日益严重的环境问题，其污染来源和修复技术也一直是国内外研究的热点和难点。了解农田重金属污染来源对重金属污染修复有着重要的指导意义。目前，重金属污染土壤的修复技术研究取得了长足发展，主要包括物理、化学、生物、农业生态和联合修复技术。本文综合了国内外农田重金属污染状况及来源，系统地介绍农田重金属污染土壤修复的不同技术，以及近年来国内外修复重金属污染农田土壤的一些重要案例，对农产品安全生产具有重要意义，同时为农田土壤重金属污染综合治理与修复提供。

2、我国农田重金属污染现状

对我国8个城市农田土壤中Cr、Cu、Pb、Zn、Ni、Cd、Hg和As的浓度进行统计分析，大部分城市高于其土壤背景值 [6]。农业部农产品污染防治重点实验室对全国24个省市土地调查显示，320个严重污染区，约548×104 hm2，重金属超标的农产品占污染物超标农产品总面积的80%以上。2006年前，环境保护部对

30×104hm2基本农田保护区土壤的重金属抽测了3.6×104 hm2，重金属超标率达12.1%[7]。我国大多数城市近郊农田都受到了不同程度的重金属污染，如南京市土壤已受到Pb、Hg、Cd污染，其中Hg污染比较严重[8]；黄浦江中上游地区2010年农用土中Cd、Hg、As、Cr、Pb质量分数分别超过土壤背景值的60%、68%、19%、67%、45%[9]；北京市连续5年（2005～2009年）的土壤样品中，近郊农田土壤中Hg、Cd和Pb平均质量分数均高于远郊[10]；深圳市2010年土壤Hg质量分数有37%的采样点超过土壤背景值，6%的样品点处于中度以上污染水平[11]。此外，在贵州、福建、河北、广西、江西、海南、重庆、香港等许多省市地区都发现了不同程度Hg、Cd、Pb、Cr、As、Cu、Zn和Ni污染[12]。

3、农田土壤重金属污染的来源

农田土壤中重金属污染主要来源于污染物的大气沉降、污水农灌、农用物质施用和固体废弃物堆放等。

3.1大气沉降

污染物的大气沉降是土壤重金属污染的重要途径。对抚顺市不同类型大气PM10 颗粒中11种重金属含量进行分析，发现Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Zn和Pb 分别是其土壤本底值的777、5.7、291、312、56、135和39倍，相关性和主成分分析表明大气中重金属污染主要来自机动车排放、工业活动和煤的燃烧[13]。矿山开采和重金属冶炼产生的大气污染也是农田土壤重金属重要来源。交通会影响道路两侧农田土壤中Pb、Cd、Cu、Zn、Cr、Ni、Mn、Co、Hg、Se和As等的水平，如青藏铁路两侧 20m范围内，Zn、Cd和Pb质量分数从未污染到显著污染水平[14]。对泉州至塘头段324国道两侧土壤中14种重金属监测分析，结果表明Sn、Sb、Pb、Bi、Ni、Cu、Zn和Cd主要来源于交通污染[15]；北京、上海、温州、青岛和西安等城市土壤中重金属污染可能主要是由交通引起[16]。

3．2污水农灌

污水农灌是指用城市下水道污水、工业废水、排污河污水以及超标的地面水等对农田进行灌溉。几个世纪以来柏林，伦敦，米兰和巴黎一直使用污水农灌处置废水[17]。污水农灌在缺水地区广泛使用，巴基斯坦26%的蔬菜种植采用废水灌溉，加纳污灌区面积约 1500 hm2，墨西哥约26×104 hm2。污灌条件下土壤柱模拟实验，结果表明表层土中Zn、Cd、Cu、As的质量分数均有少量增加，且其形态稳定性由可变型向易变型转化，同时会导致盐类在土壤中累积[18]。

水资源匮乏推动污灌在我国广泛使用。据农业部对全国污灌区农田的调查，约 1.4×106hm2的污灌区中，重金属污染占总面积的64.8%，其中轻度污染占46.7%，中度污染占9.7%，严重污染占8.4%[19]。天津大污灌区内种植的油麦菜60%以上受到Cd污染[20]。沈阳市浑河、蒲河、细河和沈抚灌渠周边农田表层土中Hg、Cd、Zn、As、Cr、Cu、Pb质量分数均值均高于辽宁土壤背景值，大部分样点Cd和Hg严重超出国家土壤环境质量二级标准值[21]。另外，保定、西安、郑州、兰州、北京、哈尔滨和石家庄等城市的污灌区表层土均呈现不同程度的重金属污染[22-23]。

3.3 农用物质施用

农药、化肥、地膜、畜禽粪便和污泥堆肥产品等农用物质的不合理施用，可导致农田重金属污染[24]。一些农药中含有Hg、As、Cu、Zn等，如随着西力生消毒种子进入土壤的Hg为6～9mg/hm2；目前，含As、Hg和Pb的农药已在大部分国家禁用（如中国，美国，日本及欧洲各国等）[25]，但含Cu和Zn的各种杀菌剂（如波尔多液、多宁、碱式氯化铜、福美锌、噻唑锌、代森锌等）还在世界各国农业生产中广泛使用，每年随农药进入农田的Cu和Zn不容忽视。重金属是肥料中报道最多的污染物质，其质量分数一般是磷肥>复合肥>钾肥>氮肥。

畜禽粪便及其堆肥产品长期施用对农田重金属的污染也越来越严重。在畜禽养殖过程中，除了使用含Cu和Zn的饲料添加剂，有时还用含As、 Cd、Cr、 Pb 和Hg的添加剂[26]，如义乌、萧山、宁波3地区猪饲料中As质量分数高达110 mg·kg-1[27]。畜禽粪便中重金属质量分数与饲料直接相关。另外，城市污泥中Cr、Pb、Cu、Zn和As极易超过控制标准，施用可使农田土壤重金属质量分数有不同程度的增加。

3.4 固体废弃物堆放及处置

固体废弃物中重金属极易移动，以辐射状、漏洞状向周围土壤、水体扩散。对苏北某垃圾堆放场、杭州铬渣堆放区附近农田土壤中重金属质量分数进行测定，发现Cd、Hg、Cr、Cu、Zn、Pb等质量分数均高于当地土壤背景值[28]。电子电器及其废弃物中含有大量Cu、Zn、Cr、Hg、Cd和Pb等，对其拆解、回收利用及处置过程中会产生重金属污染。Tang[29]对台州电子废物拆解点附近农田土壤进行监测分析，发现重金属超标率为100%，主要超标元素依次为Cd、Cu、Hg和Zn。对广东省汕头市贵屿镇电子垃圾处理场附近农田土壤中重金属形态分布研究，发现农田土壤中Cd、Cr、Cu、Pb均超过《土壤环境质量标准》（GB15618—1995）二级标准[30]。

4、农田土壤重金属污染修复技术

目前，世界各国对农田土壤重金属污染修复技术主要包括物理、化学、生物、农业生态和联合修复技术等。

4.1 物理修复技术

4.1.1 工程措施

工程措施主要包括客土、换土和深耕翻土等。深耕翻土用于轻度污染土壤，而客土和换土是重污染区的常用方法。工程措施具有彻底、稳定的优点，但工程量大、投资高，易破坏土体结构，引起土壤肥力下降，为避免二次污染，还要对污染土壤进行集中处理。因此，只适用于小面积严重污染土壤的修复[31]。

4.1.2 热脱附

热脱附是对污染土壤进行加热，将一些具有挥发性的重金属如Hg、As、Se